JP2012217032A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】広い周波数帯域において音声を再生することが可能な電子機器を提供する。
【解決手段】表示部４０と、圧電振動子を有する発振装置１１０と、発振装置１１０よりも表示部４０に近い位置に設けられた、圧電振動子を有する発振装置１２０と、表示部４０を表面に有し、かつ発振装置１１０および発振装置１２０を内部に有する筐体５０と、を備え、発振装置１２０が有する圧電振動子の共振周波数ｆ_２は、発振装置１１０が有する圧電振動子の共振周波数ｆ_１よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振装置を備える電子機器に関する。

スピーカに関する技術の一つに、パラメトリックスピーカがある。パラメトリックスピーカとは、変調した超音波から、空気の疎密現象を利用して可聴音を復調するというものである。このように、パラメトリック効果を利用したスピーカに関する技術としては、例えば特許文献１〜６が挙げられる。また、超音波を利用したスピーカに関する技術としては、例えば特許文献７〜１０が挙げられる。

特許文献１に記載されるように、超音波を利用するスピーカには、圧電素子が用いられる場合がある。圧電素子を利用した圧電型電気音響変換器は、圧電素子に電界を印加することにより発生する伸縮運動を利用して振動振幅を発生させるものである。圧電型電気音響変換器は、振動振幅を発生させるために多数の部材を必要とせず、薄型化に有利である。
圧電素子を利用した技術としては、他にも特許文献１１〜１５に記載のものがある。
他にも、スピーカやスピーカを搭載した電子機器に関する技術としては、例えば特許文献１６〜１８に記載のものもある。

特開２００４−３４９８１６号公報 特開平８−１４９５９２号公報 特開２００２−３４５０７７号公報 特開２００５−４５５１６号公報 特開２００５−３９４３６号公報 特開２００４−１１２２１３号公報 特開２００４−３２６８６号公報 特開２００５−２２３４１０号公報 特開２００７−２８２１９１号公報 特開２００５−２９５４１１号公報 特開２００５−２３６３３７号公報 特開２００４−３４３６８４号公報 特開２０００−６９５９４号公報 特開２００７−９６７２２号公報 特開２００９−２６７６１６号公報 特開２００１−１２８２７９号公報 国際公開第２００６／０５１６６９号パンフレット 特開２００２−１１１８１７号公報

携帯端末装置等の電子機器において、広い周波数帯域において音声を再生することが可能な発振装置を搭載することが望ましい。

本発明の目的は、広い周波数帯域において音声を再生することが可能な電子機器を提供することにある。

本発明によれば、表示部と、
第１圧電振動子を有する第１発振装置と、
前記第１発振装置よりも前記表示部に近い位置に設けられた、第２圧電振動子を有する第２発振装置と、
前記表示部を表面に有し、かつ前記第１発振装置および前記第２発振装置を内部に有する筐体と、
を備え、
前記第２圧電振動子の共振周波数ｆ_２は、前記第１圧電振動子の共振周波数ｆ_１よりも大きい電子機器が提供される。

本発明によれば、表示部と、平面視で前記表示部に沿って並ぶように配置されており、かつ互いに共振周波数が異なる複数の発振装置と、前記表示部を表面に有し、かつ前記複数の発振装置を内部に有する筐体と、を備える電子機器が提供される。

本発明によれば、広い周波数帯域において音声を再生することが可能な電子機器を提供することができる。

第１の実施形態に係る電子機器を示す模式図である。 図１に示す発振装置を示す断面図である。 図２に示す発振装置の変形例を示す断面図である。 図２に示す圧電振動子を示す断面図である。 図１に示す電子機器の内部構造の一例を示す断面図である。 図１に示す電子機器の音響特性を示すグラフである。 本実施形態に係る発振装置の位置関係の一例を示す模式図である。 図１に示す電子機器の変形例を示す模式図である。 第２の実施形態に係る電子機器を示す模式図である。 図９に示す電子機器の変形例を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、第１の実施形態に係る電子機器２００を示す模式図である。また、図２は、図１に示す発振装置１００を示す断面図である。電子機器２００は、表示部４０と、発振装置１００と、筐体５０と、を備えている。電子機器２００は、例えば図１に示すように携帯端末装置である。

発振装置１００は、発振装置１１０と発振装置１２０とを含む。発振装置１１０は、圧電振動子１１を有する。発振装置１２０は、発振装置１１０よりも表示部４０に近い位置に設けられており、かつ圧電振動子１２を有する。筐体５０は、表示部４０を表面に有し、かつ発振装置１１０および発振装置１２０を内部に有している。圧電振動子１２の共振周波数ｆ_２は、圧電振動子１１の共振周波数ｆ_１よりも大きい。以下、電子機器２００の構成等について詳細に説明する。

図１に示すように、電子機器２００は、操作部４６を備えている。操作部４６は、例えば操作ボタンである。表示部４０は、操作部４６等の他の電子部品と比べて電子機器２００内における実装スペースが大きい。このため、筐体５０内部において、表示部４０の近傍は、操作部４６の近傍と比べ、発振装置１００等の他の電子部品を搭載するための実装スペースが制約される。

図１に示すように、電子機器２００は、マイク４２およびレシーバ４４を備えている。マイク４２は、操作部４６の近傍に配置されている。また、レシーバ４４は、表示部４０の近傍に配置されている。

発振装置１１０は、図１に示すように、操作部４６の近傍に設けられている。また、発振装置１２０は、表示部４０の近傍に設けられている。圧電振動子１１の共振周波数ｆ_１は、例えば１５Ｈｚ以上６０Ｈｚ以下である。また、圧電振動子１２の共振周波数ｆ_２は、例えば６０Ｈｚ以上１２０Ｈｚ以下である。

圧電振動子の基本共振周波数は振動面の輪郭形状の長さに依存する。すなわち、共振周波数が高域にシフトするほど、圧電振動子の面積は減少する。
本実施形態において、発振装置１２０が有する圧電振動子１２の共振周波数ｆ_２は、発振装置１１０が有する圧電振動子１１の共振周波数ｆ_１よりも大きい。このため、圧電振動子１１は、圧電振動子１２よりも面積が大きい。すなわち、圧電振動子１１は、圧電振動子１２よりも大きな実装スペースを要する。

図５は、図１に示す電子機器２００の内部構造の一例を示す断面図である。図５に示すように、発振装置１２０は、例えば平面視において一部が表示部４０と重なっている。このとき、発振装置１２０は、例えば表示部４０の背面に配置された基板５２上に固定される。発振装置１２０を表示部４０の背面側に配置させることで、筐体５０の表面上における表示部４０の面積を十分に確保することができる。このため、電子機器２００が有する表示デバイスの大型化を図ることができる。

図５に示すように、筐体５０は、表示部４０に近接して設けられた音孔５４を有している。そして、発振装置１２０は、平面視において表示部４０と重ならない一部が音孔５４と重なるように配置される。このため、発振装置１２０から出力される音波６０は、音孔５４から放出される。発振装置１２０から出力された音波６０が、表示部４０と同一面上であって、表示部４０と近接する位置に設けられた音孔５４から放射されるため、映像と音が一体となった臨場感のあるコンテンツの再生が可能となる。

図２に示すように、発振装置１００は、圧電振動子１０（１１、１２）と、振動部材２０と、支持部材３０と、を備えている。振動部材２０は、一面において圧電振動子１０を拘束している。また、支持部材３０は、振動部材２０の縁を保持している。本実施形態においては、圧電振動子１０のうち、圧電振動子１１は発振装置１１０を構成し、圧電振動子１２は発振装置１２０を構成している。

振動部材２０は、例えば平板形状を有している。振動部材２０は、金属や樹脂等、脆性材料であるセラミックに対して高い弾性率を持つ材料によって構成され、例えばリン青銅、又はステンレス等の汎用材料によって構成される。振動部材２０の厚みは、５〜５００μｍであることが好ましい。また、振動部材２０の縦弾性係数は、１〜５００ＧＰａであることが好ましい。振動部材２０の縦弾性係数が過度に低い、または高い場合、発振装置の振動特性や信頼性を損なうおそれがある。

図３は、図２に示す発振装置１００の変形例に係る発振装置１０２を示す断面図である。本実施形態において、発振装置１００は、例えば樹脂部材２２をさらに備えていてもよい。
樹脂部材２２は、例えばウレタン、ＰＥＴ、又はポリエチレン等によって構成されている。樹脂部材２２は、振動部材２０の他面を拘束しており、支持部材３０によって保持される。すなわち、振動部材２０は、樹脂部材２２を介して支持部材３０に保持されることとなる。
振動部材２０が樹脂部材２２を介して支持部材３０に保持されることにより、圧電振動子１０、振動部材２０および樹脂部材２２において発生する振動の端部は自由端となる。このため、振動の体積排除量を向上させることができる。従って、発振装置の音圧レベルを向上させることができる。

図４は、図２に示す圧電振動子１０を示す断面図である。図４に示すように、圧電振動子１０は、圧電体７０、上部電極７２および下部電極７４を有している。圧電体７０は、上部電極７２および下部電極７４に挟まれている。また、圧電体７０は、その厚さ方向（図４中上下方向）に分極している。圧電振動子１０は、振動部材２０の一面と水平な面方向において、例えば円形または楕円形を有する。

圧電体７０は、圧電効果を有する材料により構成され、例えば電気機械変換効率が高い材料としてジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）またはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）等により構成される。また、圧電体７０の厚みは、１０μｍ〜１ｍｍであることが好ましい。厚みが１０μｍ未満である場合、圧電体７０は脆性材料により構成されるため、取り扱い時において破損等が生じやすい。一方、厚みが１ｍｍを超える場合、圧電体７０の電界強度が低減する。このため、エネルギー変換効率の低下を招く。

上部電極７２および下部電極７４は、電気伝導性を有する材料によって構成され、例えば銀または銀／パラジウム合金等によって構成される。銀は、低抵抗な汎用材料であり、製造コストや製造プロセスの観点から優位である。また、銀／パラジウム合金は、耐酸化性に優れた低抵抗材料であり、信頼性に優れる。上部電極７２および下部電極７４の厚みは、１〜５０μｍであることが好ましい。厚みが１μｍ未満の場合、均一に成形することが難しくなる。一方、５０μｍを超える場合、上部電極７２または下部電極７４が圧電体７０に対して拘束面となり、エネルギー変換効率の低下を招く。

発振装置１００は、制御部９０と、信号生成部９２と、を備えている。信号生成部９２は、圧電振動子１０と接続し、圧電振動子１０に入力する電気信号を生成する。制御部９０は、信号生成部９２に接続し、信号生成部９２による信号の生成を制御する。外部から入力された情報に基づいて制御部９０が信号生成部９２の信号の生成を制御することにより、発振装置１００の出力を制御することができる。

発振装置１００をパラメトリックスピーカとして使用する場合、制御部９０は信号生成部９２を介して、パラメトリックスピーカとしての変調信号を入力する。この場合、圧電振動子１０は、２０ｋＨｚ以上、例えば１００ｋＨｚの音波を信号の輸送波として用いる。

図６は、本実施形態に係る電子機器２００の音響特性を示すグラフである。図６に示すように、圧電振動子１０は、高い機械品質係数を有する。このため、発振装置１００から出力された超音波によって復調される可聴音の音圧レベルは、その超音波の共振周波数近傍に対応する周波数帯において高いピークを有する。
本実施形態においては、発振装置１１０が有する圧電振動子１１の共振周波数ｆ_１と、発振装置１２０が有する圧電振動子１２の共振周波数ｆ_２は異なる。制御部９０は、再生する可聴音の周波数帯域によって、各発振装置の出力の大きさを調整することができる。これにより、広い周波数帯域において、平坦かつ高い音圧レベルを実現することができる。

なお、発振装置１００を通常のスピーカとして使用する場合には、制御部９０は信号生成部９２を介して、音声信号をそのまま圧電振動子１０へ入力してもよい。
また、発振装置１００を音波センサとして使用する場合、制御部９０に入力される信号は、音波を発振する旨の指令信号である。そして、発振装置１００を音波センサとして使用する場合、信号生成部９２は圧電振動子１０に圧電振動子１０の共振周波数の音波を発生させる。

制御部９０は、例えばユーザの位置に応じて各発振装置から出力される周波数を制御することができる。
例えば、各発振装置から出力される周波数を調整することにより、出力する音波の指向性を制御することができる。ユーザが発振装置の正面に位置する場合には、周波数を上げ、指向性の高い音波を出力する。また、ユーザが発振装置の正面位置からずれて位置する場合には、周波数を下げ、指向性の低い音波を出力し、ユーザ位置を含む領域に音場を形成する。
また、発振装置からユーザまでの距離に応じて、各発振装置から出力される周波数を調整することもできる。発振装置からユーザまでの距離が遠い場合に、周波数を上げることで、発振装置から出力された音波がユーザまで伝達されるようにする。

ユーザ位置の認識は、例えば次のように行われる。まず、発振装置からセンサ用の超音波を出力する。そして、反射してきたセンサ用の超音波を音波検出部により検出することにより、ユーザ位置を特定する。音波検出部は、例えばマイク４２である。

図７は、本実施形態に係る発振装置１００の位置関係の一例を示す模式図である。本実施形態に係る発振装置１００は、図７に示すように、例えば筐体等の形状によってその位置が異なる。これにより、図７に示すように、一の発振装置１００と他の発振装置１００との間で、音声出力対象までの距離に差（図７中ｄ）が生じてしまう。
本実施形態において、制御部９０は、発振装置１００が出力する音波の位相を制御することができる。一の発振装置１００から出力される音波と、他の発振装置１００から出力される音波の位相を、音声出力対象までの距離の差ｄに基づいて調整することにより、これらの音波間の干渉を促進し、復調効率を向上させることができる。

図８は、図１に示す電子機器２００の変形例を示す模式図である。図８に示す電子機器２００は、折りたたみ型携帯電話機である。この場合、筐体５０は、筐体５６と筐体５８を有している。筐体５６と筐体５８は、例えば接合部８０によって接合されている。接合部８０は、筐体５６および筐体５８の端部に設けられている。そして、筐体５６と筐体５８は、例えば接合部８０を基準に、一定範囲において回転可能に設けられている。筐体５６は、発振装置１１０、マイク４２および操作部４６を有している。また、筐体５８は、発振装置１２０、表示部４０およびレシーバ４４を有している。

次に、本実施形態の効果を説明する。電子機器においては、その小型化に伴い、筐体内部の実装スペースが制約される。特に、他の電子部品と比較して大きな実装スペースを要する表示部を有する電子機器においては、その実装スペースは著しく限られる。一方で、電子機器においては、広い周波数帯域において音声を再生することも求められる。

本実施形態によれば、圧電振動子１２を有する発振装置１２０は、圧電振動子１１を有する発振装置１１０よりも表示部４０に近い位置に設けられている。また、圧電振動子１２の共振周波数ｆ_２は、圧電振動子１１の共振周波数ｆ_１よりも大きい。すなわち、実装スペースが制約される表示部４０近傍に、共振周波数が大きい発振装置１２０を配置している。

圧電振動子の基本共振周波数は振動面の輪郭形状の長さに依存する。すなわち、共振周波数が高域にシフトするほど、圧電振動子の面積は減少する。
本実施形態では、実装スペースが制約される表示部４０近傍に、圧電振動子の共振周波数が大きく、大きな実装スペースを要しない発振装置１２０を配置している。このように、本実施形態によれば、異なる共振周波数を有する複数の発振装置を、実装スペースが制約される電子機器の筐体内部に、効率的に配置することができる。従って、広い周波数帯域において音声を再生することが可能な電子機器を実現することができる。

また、本実施形態によれば、異なる共振周波数を有する複数の発振装置１００を、筐体５０内部に効率的に配置することができる。従って、電子機器の小型化を図ることができる。

図９は、第２の実施形態に係る電子機器２０２を示す模式図であって、第１の実施形態に係る図１に対応している。本実施形態に係る電子機器２０２は、発振装置１００の構成を除いて、第１の実施形態と同様の構成を有する。

図９に示すように、電子機器２０２は、筐体５０の内部に互いに共振周波数が異なる複数の発振装置１２０を有している。複数の発振装置１２０は、平面視で表示部４０に沿って並ぶように配置されている。具体的には、複数の発振装置１００は、例えば平面視で表示部４０と筐体５０の側面との間に並ぶように配置される。
複数の発振装置１２０は、例えば互いに異なる形状を有する

制御部９０は、信号生成部９２による信号の生成を制御することにより、複数の発振装置１００の出力を制御する。制御部９０は、例えば再生する可聴音の周波数帯域によって、各発振装置の出力の大きさを調整する。これにより、広い周波数帯域において、平坦かつ高い音圧レベルを実現することができる。

図１０は、図９に示す電子機器２０２の変形例を示す模式図である。図１０に示すように、表示部４０は、二画面から構成されていてもよい。この場合、各画面に表示される画像それぞれにあわせて、発振装置１００の出力を制御することができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、ボイスコイル等を有する動電型の発振装置と比較して圧電振動子を有する発振装置が筐体内部において占有する面積は小さいため、表示部４０と筐体５０の側面との間の狭い隙間であっても、発振装置１００を配置することができる。本実施形態において、圧電振動子を有する発振装置を表示部に沿って並ぶように配置することで、実装効率的に有利な電子機器を実現することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０ 圧電振動子
１１ 圧電振動子
１２ 圧電振動子
２０ 振動部材
２２ 樹脂部材
３０ 支持部材
４０ 表示部
４２ マイク
４４ レシーバ
４６ 操作部
５０ 筐体
５２ 基板
５４ 音孔
５６ 筐体
５８ 筐体
６０ 音波
７０ 圧電体
７２ 上部電極
７４ 下部電極
８０ 接合部
９０ 制御部
９２ 信号生成部
１００ 発振装置
１０２ 発振装置
１１０ 発振装置
１２０ 発振装置
２００ 電子機器
２０２ 電子機器

Claims (8)

1. 表示部と、
   第１圧電振動子を有する第１発振装置と、
   前記第１発振装置よりも前記表示部に近い位置に設けられた、第２圧電振動子を有する第２発振装置と、
   前記表示部を表面に有し、かつ前記第１発振装置および前記第２発振装置を内部に有する筐体と、
   を備え、
   前記第２圧電振動子の共振周波数ｆ_２は、前記第１圧電振動子の共振周波数ｆ_１よりも大きい電子機器。
2. 請求項１に記載の電子機器において、
   前記第１発振装置および前記第２発振装置と接続する信号生成部と、
   前記信号生成部による信号の生成を制御することにより、前記第１発振装置および前記第２発振装置の出力を制御する制御部と、
   を備える電子機器。
3. 請求項１または２に記載の電子機器において、
   前記筐体は、第１筐体と第２筐体を有しており、
   前記第１筐体は、前記第１発振装置を有しており、
   前記第２筐体は、前記第２発振装置および前記表示部を有している電子機器。
4. 請求項１ないし３いずれか１項に記載の電子機器において、
   前記筐体は、前記表示部に近接して設けられた音孔を有しており、
   前記第２発振装置は、平面視において一部が表示部と重なり、かつ他の一部が前記音孔と重なるように配置される電子機器。
5. 表示部と、
   平面視で前記表示部に沿って並ぶように配置されており、かつ互いに共振周波数が異なる複数の発振装置と、
   前記表示部を表面に有し、かつ前記複数の発振装置を内部に有する筐体と、
   を備える電子機器。
6. 請求項５に記載の電子機器において、
   前記複数の発振装置は、互いに形状が異なる電子機器。
7. 請求項５または６に記載の電子機器において、
   前記複数の発振装置と接続する信号生成部と、
   前記信号生成部による信号の生成を制御することにより、前記複数の発振装置の出力を制御する制御部と、
   を備える電子機器。
8. 請求項１ないし７いずれか１項に記載の電子機器において、
   前記電子機器は、携帯端末装置である電子機器。

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